DE69306738T2

DE69306738T2 - Hydraulisches antriebsystem

Info

Publication number: DE69306738T2
Application number: DE69306738T
Authority: DE
Inventors: Toichi Ushiku-Shi Ibaraki 300-12 Hirata
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2013-03-10
Also published as: US5394697A; EP0597109A1; WO1993018308A1; JP3204977B2; EP0597109B1; KR970000243B1; EP0597109A4; DE69306738D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Antriebssystem, mit dem hydraulische Maschinen wie z. B. hydraulische Bagger ausgerüstet sind, und insbesondere auf ein hydraulisches Antriebssystem, das eine hydraulische Pumpe mit variabler Verdrängung enthält und eine Förderrate der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von einer angeforderten Strömungsrate steuert.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Als hydraulisches Antriebssystem zum Steuern einer Förderrate einer Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von einer angeforderten Strömungsrate ist eine sogenannte lastsensitive Steuerung (im folgenden mit LS-Steuerung bezeichnet) bekannt, bei der die Förderrate der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen einem Förderdruck der Hydraulikpumpe und einem maximalen Lastdruck unter mehreren Betätigungselementen gesteuert wird, wie z. B. in der JP-B-60-11706 und in der JP-A-1-312201 offenbart ist. Ein solches LS-System umfaßt eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung, mehrere Strömungssteuerventile, die jeweils zwischen der Hydraulikpumpe und den mehreren Betätigungselementen angeordnet sind, um die entsprechenden Strömungsraten des den Betätigungselementen zugeführten Hydraulikfluids zu steuern, eine Steuerhebeleinheit mit mehreren Steuerhebeln, um entsprechend den Betrieb der mehreren Betätigungselemente zu steuern, einen Drucksensor zum Erfassen des maximalen Lastdrucks unter den mehreren Betätigungselementen sowie eine Pumpensteuereinrichtung zum Steuern eines Förderdrucks der Hydraulikpumpe, so daß dieser um einen festen Wert (d. h. um einen Soll-LS-Differenzdruck) über dem maximalen Lastdruck gehalten wird.
Wenn irgendeiner der Steuerhebel betätigt wird, wird das zugehörige Strömungssteuerventil bis zu einer Öffnung geöffnet, die dem eingegebenen Maß oder Hub (d. h. einer angeforderten Strömungsrate) entspricht, woraufhin das Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe durch dieses Strömungssteuerventil zum zugehörigen Hydraulikbetätigungselement gefördert wird. Gleichzeitig wird ein Lastdruck dieses Hydraulikbetätigungselements als der maximale Lastdruck vom Drucksensor erfaßt, wobei der erfaßte maximale Lastdruck auf die Pumpensteuereinrichtung einwirkt, die die Förderrate der Hydraulikpumpe so steuert, daß der Pumpenförderdruck einen festen Wert über dem maximalen Lastdruck gehalten wird. Wenn beim obenerwähnten Vorgang der Eingabebetrag des Steuerhebels (d. h. die angeforderte Strömungsrate) klein ist, ist auch die Öffnung des Strömungssteuerventils und somit die Strömungsrate des durch das Strömungssteuerventil fließenden Hydraulikfluids klein. Daher kann der Pumpenförderdruck bei kleiner Pumpenförderrate um einen festen Wert über dem maximalen Lastdruck gehalten werden. Wenn der Eingabebetrag des Steuerhebels (d. h. die angeforderte Strömungsrate) erhöht wird, wird auch die Öffnung des Strömungssteuerventils und somit die Strömungsrate des durch das Strömungssteuerventil fließenden Hydraulikfluids erhöht. Somit wird eine größere Pumpenförderrate benötigt, um den Pumpenförderdruck um einen festen Wert über dem maximalen Lastdruck zu halten. Als Folge hiervon wird die Pumpenförderrate erhöht, um den festen Wert aufrechtzuerhalten.
Folglich wird beim LS-Steuerungssystem die Pumpensteuereinrichtung in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen dem Pumpenförderdruck und dem maximalen Lastdruck (d. h. einem LS-Differenzdruck) betätigt, wobei die Pumpenförderrate in Abhängigkeit von der angeforderten Strömungsrate gesteuert wird. Da ferner der LS-Differenzdruck selbst dann konstant gehalten wird, wenn der Lastdruck irgendeines Betätigungselements schwankt, wird auch der Differenzdruck am zugehörigen Strömungssteuerventil konstant gehalten, wodurch die diesem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate auf einem festen Wert gehalten wird, der einer Öffnungsfläche der Strömungssteuerventils (d. h. dem Eingabebetrag des Steuerhebels) entspricht. Mit anderen Worten, das Betätigungselement wird mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die dem Eingabebetrag des Steuerhebels entspricht, ohne von den Schwankungen des Lastdrucks beeinflußt zu werden.
Die Pumpensteuereinrichtung für das LS-Steuerungssystem wurde mit verschiedenen Konstruktionen verwirklicht. Wie in der JP-B-60-11706 offenbart, umfaßt die Pumpensteuereinrichtung im allgemeinen ein Einstellventil, das in Abhängigkeit vom LS-Differenzdruck betätigt wird, sowie ein Betätigungselement, das von dem durch das Einstellventil zugeführten Hydraulikfluid angetrieben wird, um eine Taumelscheibe der Hydraulikpumpe zu betätigen.
Ferner verwendet der in der JP-A-1-312201 offenbarte Stand der Technik eine Pumpensteuereinrichtung, die ein Entlastungsventil enthält, das in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck betätigt wird, so daß es geöffnet wird, wenn der Differenzdruck einen vorgegebenen Wert überschreitet, um einen Teil der von der Hydraulikpumpe gelieferten Förderrate in einen Behälter abzugeben, eine Widerstandseinrichtung, die stromabseitig vom Entlastungsventil angeordnet ist, um einen Steuerdruck zu erzeugen, der der vom Entlastungsventil abgegebenen Strömungsrate des Hydraulikfluids entspricht, sowie einen Negativregler zum Verringern der Strömungsrate der Hydraulikpumpe, wenn der von der Widerstandseinrichtung erzeugte Steuerdruck ansteigt, sowie zum Erhöhen der Pumpenförderrate, wenn der erzeugte Steuerdruck absinkt. Wenn bei dieser Pumpensteuereinrichtung die Förderrate der Hydraulikpumpe kleiner ist als die geforderte Strömungsrate, steigt der Pumpenförderdruck nicht an, so daß der Differenzdruck zwischen dem Pumpenförderdruck und dem maximalen Lastdruck, d. h. der LS-Differenzdruck, kleiner wird als der vorgegebene Wert, wodurch das Entlastungsventil geschlossen wird. Dementsprechend werden der von der Widerstandseinrichtung erzeugte Steuerdruck verringert und die Pumpenförderrate angehoben. Wenn die Förderrate der Hydraulikpumpe über die angeforderte Strömungsrate angehoben wird, steigt der Pumpenförderdruck an, so daß der LS-Differenzdruck größer wird als der vorgegebene Wert, wodurch das Entlastungsventil geöffnet wird. Dementsprechend wird der von der Widerstandseinrichtung erzeugte Steuerdruck erhöht und die Pumpenförderrate abgesenkt. Gemäß diesem Stand der Technik wird somit die Pumpenförderrate so gesteuert, daß der Pumpenförderdruck einen festen Wert über dem maximalen Lastdruck gehalten wird.
Als weiterer Typ eines hydraulischen Antriebssystems zur Steuerung einer Förderrate einer Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von einer angeforderten Strömungsrate ist inzwischen ein Steuerungssystem bekannt, bei dem die Öffnungsfläche einer Zentralumleitung eines Zentralöffnungs- Strömungssteuerventils in Abhängigkeit von einem Eingabebetrag des Steuerhebels verringert wird, um somit die Pumpenförderrate und die dem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate zu steuern, wie z. B. in der JP-A-1-25921 offenbart ist. In diesem Fall wird das Betätigungselement über das Strömungssteuerventil mit Hydraulikfluid mit einer Strömungsrate versorgt, die sich durch Subtrahieren einer Anzapfrate durch die Zentralumleitung von der Förderrate der Hydraulikpumpe ergibt. Die durch dieses System bewirkte Steuerung wird Anzapfsteuerung genannt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die obenerwähnten herkömmlichen Systeme bringen jedoch folgende Probleme mit sich.
Wenn beim LS-Steuerungssystem der zugehörige Steuerhebel betätigt wird, um irgendein Betätigungselement anzutreiben, wird der Förderdruck der Hydraulikpumpe ungeachtet des Eingabebetrags des Steuerhebels vorübergehend auf einen Druck angehoben, der einen festen Wert über dem Lastdruck des Betätigungselements liegt, wodurch veranlaßt wird, daß am Strömungssteuerventil ein Differenzdruck aufgebaut wird, der dem festen Wert entspricht. Sobald der Steuerhebel betätigt wird, wird somit das Hydraulikfluid dem Strömungssteuerventil mit einer Strömungsrate zugeführt, die von der Öffnungsfläche des Strömungssteuerventils und vom Differenzdruck über diesem abhängt. Da andererseits ein vom Betätigungselement anzutreibendes Arbeitselement eine Trägheit besitzt, kann sich das Betätigungselement nicht sofort in Bewegung setzen. Dementsprechend wird der Antriebsdruck des Betätigungselements vorübergehend auf oder nahe an einen Maximaldruck angehoben, der durch ein Entlastungsventil festgelegt ist, wobei das Betätigungselement aufgrund des entstehenden höheren Drucks gezwungen wird, schlagartig zu beschleunigen. Selbst während das Betätigungselement angetrieben wird, erhöht eine Zunahme der Last vorübergehend sowohl den Pumpenförderdruck als auch den Betätigungselementantriebsdruck, woraufhin auf das Betätigungselement eine große Antriebskraft ausgeübt wird.
Wenn bei Baumaschinen wie z. B. hydraulischen Baggern eine Bedienungsperson die Steuerhebel mit halbem Hub oder feinfühlig bedient, ist inzwischen häufig erwünscht, eine Steuerung derart durchzuführen, daß nicht nur eine Betätigungselementgeschwindigkeit, sondern auch eine Beschleunigung und eine Antriebskraft des Betätigungselements beim Anfahren klein gehalten werden können. Da jedoch der Betätigungselementantriebsdruck nicht wie oben erwähnt gesteuert werden kann, werden bei den vorangegangenen herkömmlichen Systemen am Betätigungselement selbst dann eine große Beschleunigung und Antriebskraft erzeugt, wenn der Steuerhebel nur mit halbem Hub oder feinfühlig betätigt wird. In einem solchen Fall ist es somit vorteilhaft, wenn die Beschleunigung und die Antriebskraft des Betätigungselements in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels gesteuert werden können.
Wenn der Steuerhebel zum Anfahren des Betätigungselements schnell mit halbem Hub betätigt wird, oder wenn er schnell von der Vollhubposition in die Halbhubposition zurückgenommen wird, erzeugt das Betätigungselement aufgrund der plötzlichen Veränderung der Betätigungselementgeschwindigkeit im allgemeinen Schwingungen. Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen zeigen, daß dann, wenn die dem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate ungeachtet eines Betätigungselementdrucks konstant ist, die vom Betätigungselement einmal erzeugten Schwingungen nicht abklingen. Um die einmal erzeugten Schwingungen zu dämpfen, muß das System eine Eigenschaft aufweisen, mit der die dem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate verringert wird, wenn der Betätigungselementdruck ansteigt. Bei dem vorangegangenen herkömmlichen LS- Steuerungssystem wird jedoch selbst dann, wenn der Kreisdruck aufgrund der im Betätigungselement auftretenden Schwingungen ansteigt, unter der LS-Steuerung die Förderrate der Hydraulikpumpe konstant gehalten, um das Hydraulikfluid weiterhin mit konstanter Strömungsrate zum Betätigungselement zu fördern, was dazu führt, daß die einmal im Betätigungselement erzeugten Schwingungen kaum zu dämpfen sind.
Da andererseits beim Anzapf-Steuerungssystem das Betätigungselement mit Hydraulikfluid mit einer Strömungsrate versorgt wird, die durch Subtrahieren der Anzapfrate durch die Zentralumleitung von der Förderrate der Hydraulikpumpe entsteht, schwankt dann, wenn der Lastdruck des Betätigungselements schwankt, auch die Anzapfrate durch die Zentralumleitung und somit auch die Strömungsrate, die dem Betätigungselement zugeführt wird. Selbst bei demselben Eingabebetrag des Steuerhebels führen somit Schwankungen im Lastdruck zu Schwankungen der dem Betätigungselement zugeführten Strömungsrate und somit zu einer Veränderung der Betätigungselementantriebsgeschwindigkeit. Folglich hat die Anzapfsteuerung den Nachteil, daß die Antriebsgeschwindigkeit nicht präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels gesteuert werden kann.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Antriebssystem zu schaffen, bei dem in Abhängigkeit von einem Eingabebetrag einer Bedienungseinrichtung wahlweise die LS-Steuerung oder die Anzapfsteuerung ausgeführt werden, so daß die Strömungsratensteuerung unter Verwendung der Eigenschaften beider Steuerungsbetriebsarten implementiert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Antriebssystem zu schaffen, bei dem dann, wenn sich der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung in einem bestimmten Bereich befindet, eine Beschleunigung und eine Antriebskraft eines Betätigungselements in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert werden können, bei dem die Fähigkeit zur Dämpfung von Schwingungen des Betätigungselements verbessert ist und bei dem dann, wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung in einem weiteren Bereich liegt, eine Betätigungselementgeschwindigkeit präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert werden kann.
Um diese Aufgaben zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein hydraulisches Antriebssystem geschaffen, mit einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung, mehreren Betätigungselementen, die durch ein von der Hydraulikpumpe gefördertes Hydraulikfluid angetrieben werden, einer Bedienungseinrichtung, die von einer Bedienungsperson bedient wird, um den Betrieb der mehreren Betätigungselemente zu steuern, mehreren Strömungssteuerventilen zum Steuern der entsprechenden Strömungsraten des an die mehreren Betätigungselemente gelieferten Hydraulikfluids, einer Drucksensoreinrichtung zum Erfassen eines maximalen Lastdrucks unter den mehreren Betätigungselementen, einem Entlastungsventil, das geöffnet wird, wenn ein Differenzdruck zwischen einem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck einen vorgegebenen Wert übersteigt, um einen Teil der Strömungsrate des von der Hydraulikpumpe geförderten Hydraulikfluids an einen Behälter auszugeben, einer Widerstandseinrichtung, die stromabseitig vom Entlastungsventil vorgesehen ist, um einen Steuerdruck zu erzeugen, der der Strömungsrate des durch das Entlastungsventil ausgegebenen Hydraulikfluids entspricht, und einer Pumpensteuereinrichtung zum Reduzieren der Förderrate der Hydraulikpumpe, wenn der von der Widerstandseinrichtung erzeugte Steuerdruck ansteigt, und zum Erhöhen der Pumpenförderrate, wenn der Steuerdruck absinkt, gekennzeichnet durch eine Einstellventileinrichtung, die mit der Hydraulikpumpe parallel zum Entlastungsventil an einer Position stromaufseitig von der Widerstandseinrichtung verbunden ist, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Einstellventileinrichtung in der Weise, daß eine Öffnungsfläche der Einstellventileinrichtung groß ist, wenn ein Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung klein ist, wobei die Öffnungsfläche der Einstellventileinrichtung reduziert wird, wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung ansteigt.
Bei der so aufgebauten vorliegenden Erfindung ist die Einstellventileinrichtung, deren Öffnungsfläche wie oben erwähnt in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert wird, an einer Position stromaufseitig der Widerstandseinrichtung parallel zum Entlastungsventil vorgesehen. Wenn somit der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck (d. h. der LS-Differenzdruck) nicht größer ist als der im voraus bestimmte Wert, wird das Entlastungsventil geschlossen, so daß ein Teil der Förderrate der Hydraulikpumpe nur über die Einstellventileinrichtung an den Behälter abgegeben wird. Wenn der LS- Differenzdruck den im voraus bestimmten Wert übersteigt, wird ein Teil der Förderrate der Hydraulikpumpe hauptsächlich durch das Entlastungsventil an den Tank abgegeben.
In der Betriebsart, in der ein Teil der Förderrate der Hydraulikpumpe nur über die Einstellventileinrichtung an den Tank abgegeben wird, da die Abgabeströmungsrate verringert wird und der von der Widerstandseinrichtung erzeugte Steuerdruck abgesenkt wird, wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung ansteigt, wird die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 so gesteuert, daß sie größer wird, wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung ansteigt. Somit wird über die Einstellventileinrichtung eine Anzapfsteuerung ausgeführt, die derjenigen in einem herkömmlichen System ähnlich ist, das ein Zentralöffnungs-Strömungssteuerventil enthält.
Währenddessen wird in der Betriebsart, in der ein Teil der Förderrate der Hydraulikpumpe hauptsächlich über das Entlastungsventil an den Behälter abgegeben wird, der LS- Differenzdruck so gesteuert, daß er auf einem durch das Entlastungsventil vorgegebenen Wert gehalten wird, so daß über das Entlastungsventil eine LS-Steuerung ausgeführt wird.
Auf diese Weise wird in Abhängigkeit davon, ob der LS- Differenzdruck kleiner als der im voraus bestimmte Wert ist, wahlweise die LS-Steuerung oder die Anzapfsteuerung ausgeführt. Der LS-Differenzdruck wird in Abhängigkeit von der Förderrate der Hydraulikpumpe, der Öffnungsfläche der Einstellventileinrichtung und dem maximalen Lastdruck verändert. Die Förderrate der Hydraulikpumpe und die Öffnungsfläche der Einstellventileinrichtung werden in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung verändert. Somit wird in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Einstelleinrichtung wahlweise die LS-Steuerung über das Entlastungsventil oder die Anzapfsteuerung über die Einstellventileinrichtung ausgeführt, um eine Strömungsratensteuerung unter Nutzung der Eigenschaften beider Steuerungsbetriebsarten zu ermöglichen.
Bei der Anzapfsteuerung wird ein Teil der Pumpenförderrate über die Einstellventileinrichtung an den Behälter abgegeben, wobei die Öffnungsfläche der Einstellventileinrichtung in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert wird, so daß die über die Einstellventileinrichtung an den Behälter abgegebene Strömungsrate bei größerem Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung verringert wird. Als Folge hiervon können eine Beschleunigung und eine Antriebskraft des Betätigungselements in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert werden, was ermöglicht, daß eine Arbeit mit einem kleineren Stoß sanfter ausgeführt werden kann.
Wenn ferner bei der Anzapfsteuerung der Lastdruck des Betätigungselements höher wird, nimmt ein über die Einstellventileinrichtung an den Behälter abgegebener Teil der Pumpenförderrate zu, während die zur Versorgung des Betätigungselements verteilte Strömungsrate verringert wird, wodurch der von der Widerstandseinrichtung erzeugte Steuerdruck ansteigt und die Pumpenförderrate selbst verringert wird. Daher besitzt das System unter der Anzapfsteuerung eine Eigenschaft, mit der die dem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate verringert wird, wenn der Lastdruck des Betätigungselements ansteigt. Somit wird eine am Betätigungselement erzeugte Schwingung einfach gedämpft, wobei die Strömungsratensteuerung stabil ausgeführt werden kann, ohne Regelschwingungen zu verursachen.
Da andererseits bei der LS-Steuerung über das Entlastungsventil der LS-Differenzdruck konstant gehalten wird, ist es möglich, eine Betätigungselementgeschwindigkeit präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung zu steuern, ohne daß diese durch den Lastdruck beeinflußt wird.
Wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung in einem bestimmten Bereich liegt und die Anzapfsteuerung ausgewählt ist, kann somit eine Beschleunigung und eine Antriebskraft des Betätigungselements in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert werden, wobei die Fähigkeit zur Dämpfung von Schwingungen des Betätigungselements verbessert ist, während dann, wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung in einem weiteren Bereich liegt und die LS-Steuerung ausgewählt ist, die Betätigungselementgeschwindigkeit präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert werden kann.
Beim obenerwähnten Hydrauliksteuerungssystem besitzt die Einstellventileinrichtung vorzugsweise eine Öffnungskennlinie, derart, daß die Öffnungsfläche groß ist, wenn ein Ventilhub desselben klein ist, und die Öffnungsfläche verringert wird, wenn der Ventilhub zunimmt.
Ferner ist die Bedienungseinrichtung vorzugsweise vom elektrischen Typ, der in Abhängigkeit von seinem Eingabebetrag ein elektrisches Steuersignal ausgibt, wobei die Steuereinrichtung eine Steuerung für die Erzeugung eines elektrischen Antriebssignals, das dem elektrischen Steuersignal von der Bedienungseinrichtung entspricht, sowie ein proportionales. Solenoidventil enthält, das durch das elektrische Antriebssignal von der Steuerung angetrieben wird, um einen entsprechenden Vorsteuerdruck zu erzeugen, wobei die Einstellventileinrichtung durch den Vorsteuerdruck vom proportionalen Solenoidventil angetrieben wird, um ihre Öffnungsfläche zu verändern.
Die Bedienungseinrichtung kann vom hydraulischen Typ sein, der in Abhängigkeit von seinem Eingabebetrag einen Vorsteuerdruck erzeugt. In diesem Fall umfaßt die Steuereinrichtung ein Rückschlagventil zum Entnehmen des Vorsteuerdrucks, wobei die Einstellventileinrichtung durch den durch das Rückschlagventil entnommenen Vorsteuerdruck angetrieben wird, um ihre Öffnungsfläche zu verändern.
Die Einstellventileinrichtung enthält vorzugsweise ein einzelnes Einstellventil, wobei die Steuereinrichtung das Einstellventil in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung steuert
Die Einstellventileinrichtung kann mehrere Einstellventile enthalten, die entsprechend den mehreren Betätigungselementen zugeordnet sind. In diesem Fall sind die mehreren Einstellventile direkt mit der Zulaufseite der Widerstandseinrichtung verbunden, wobei die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den Eingabebeträgen der Bedienungseinrichtung die Einstellventile steuert, die den Betätigungselementen zugeordnet sind, die jeweils im Betrieb von der Bedienungseinrichtung gesteuert werden.
Die Widerstandseinrichtung ist vorzugsweise ein fester Begrenzer. Die Widerstandseinrichtung kann eine Kombination aus einem festen Begrenzer und einem Entlastungsventil sein.
Ferner enthält die Pumpensteuereinrichtung vorzugsweise einen Drucksensor für die Erfassung des von der Widerstandseinrichtung erzeugten Steuerdrucks, eine Steuerung, die ein Signal vom Drucksensor empfängt, ein kleineres Soll-Verdrängungsvolumen berechnet, wenn der Steuerdruck ansteigt oder ein größeres Soll-Verdrängungsvolumen berechnet, wenn der Steuerdruck absinkt, und ein elektrisches Antriebssignal ausgibt, das dem berechneten Soll- Verdrängungsvolumen entspricht, sowie eine Steuereinrichtung enthält, die das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe entsprechend dem elektrischen Antriebssignal steuert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Schaubild, das ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein Schaubild, das den genauen Aufbau eines in Fig. 1 gezeigten Reglers zeigt.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Steuerungsfunktionen einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinrichtung zeigt.
Fig. 4 ist ein Graph, der die Beziehung einer Öffnungsfläche eines in Fig. 1 gezeigten Strömungssteuerventils zu einem Eingabebetrag eines zugehörigen Steuerhebels zeigt.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das Einzelheiten einer in Fig. 3 gezeigten Pumpensteuerungs-Verarbeitungsfunktion zeigt.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das Einzelheiten einer in Fig. 3 gezeigten Einstellventilsteuerungs-Verarbeitungsfunktion zeigt.
Fig. 7 ist ein Graph, der die Beziehung einer Öffnungsfläche zu einem Hub eines in Fig. 1 gezeigten Einstellventils zeigt.
Fig. 8 ist ein Graph, der die Beziehung der Öffnungsfläche des Einstellventils zu dem Eingabebetrag des Steuerhebels zeigt.
Fig. 9 ist ein Graph, der eine Strömungsratenkennlinie der LS-Steuerung über ein Entlastungsventils und eine Strömungsratenkennlinie der Anzapfsteuerung über das Einstellventil im hydraulischen Antriebssystem der Fig. 1 zeigt.
Fig. 10 ist ein Graph, der eine Strömungsratenkennlinie in dieser Ausführungsform zeigt, die aus der Kombination der Strömungsratenkennlinie der LS-Steuerung und der Strömungsratenkennlinie der Anzapfsteuerung entsteht, die in Fig. 9 gezeigtsind; d. h. Fig. 10(A) zeigt die Strömungsratenkennlinie bei mittlerem Lastdruck, Fig. 10(B) zeigt die Strömungsratenkennlinie bei niedrigem Lastdruck und Fig. 10(C) zeigt die Strömungsratenkennlinie bei hohem Lastdruck.
Fig. 11 ist ein Graph ähnlich der Fig. 9, der die Strömungsratenkennlinie in einer Abwandlung zeigt.
Fig. 12 ist ein Graph ähnlich der Fig. 10, der eine kombinierte Strömungsratenkennlinie der in Fig. 11 gezeigten Zweityp-Strömungsratenkennlinie zeigt; d. h. Fig. 12(A) zeigt die Strömungsratenkennlinie bei mittlerem Lastdruck, Fig. 12(B) zeigt die Strömungsratenkennlinie bei niedrigem Lastdruck und Fig. 12(C) zeigt die Strömungsratenkennlinie bei hohem Lastdruck.
Fig. 13 ist eine Darstellung, die ein weiteres Beispiel einer Widerstandseinrichtung zeigt.
Fig. 14 ist ein schematisches Schaubild, das ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 15 ist ein schematisches Schaubild, das ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

GÜNSTIGSTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Im folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zu Beginn wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 13 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein hydraulisches Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Hydraulikpumpe 1 mit variabler Verdrängung, mehrere Betätigungselemente 2a, 2b, die über eine Versorgungsleitung 100, Versorgungsleitungen 101a, 101b und Betätigungselementleitungen 102a oder 103a bzw. 102b oder 103b parallel an die Hydraulikpumpe 1 angeschlossen sind und durch ein von der Hydraulikpumpe 1 gefördertes Hydraulikfluid angetrieben werden, mehrere Strömungssteuerventile 3a, 3b, die jeweils zwischen der Hydraulikpumpe 1 und den Betätigungselementen 2a, 2b angeordnet sind, um die Versorgungsleitungen lola und die Betätigungselementleitungen 102a, 103a sowie die Versorgungsleitungen 101b und die Betätigungselementleitungen 102b, 103b zu verbinden und die entsprechenden Strömungsraten des den Betätigungselementen 2a, 2b zugeführten Hydraulikfluids zu steuern, eine Steuerhebeleinheit 5 mit einem Steuerhebel zum Betätigen der Strömungssteuerventile 3a, 3b, um die Betätigungselemente 2a, 2b zu steuern, einen Drucksensor, z. B. ein Wechselventil 6, das mit den Strömungssteuerventilen 3a, 3b verbunden ist, um einen maximalen Lastdruck unter den Betätigungselementen 2a und 2b zu erfassen, ein Entlastungsventil 7, das zwischen einer Anzapfleitung 104, die von der Versorgungsleitung 100 abzweigt, und einer Anzapfleitung 104, die mit einem Behälter verbunden ist, angeschlossen ist, wobei das Entlastungsventil 7 ferner über entsprechende Vorsteuerleitungen 106, 107 mit der Anzapfleitung 104 und mit dem Wechselventil 6 verbunden ist, so daß es in Abhängigkeit von einem Differenzdruck zwischen einem Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 und dem maximalen Lastdruck betätigt wird und geöffnet wird, wenn der Differenzdruck einen durch eine Feder 7a gesetzten vorgegebenen Wert überschreitet, um somit einen Teil der Förderrate des Hydraulikfluids von der Hydraulikpumpe 1 an einen Behälter abzugeben, eine Widerstandseinrichtung, z. B. einen festen Begrenzer 8, der in der Anzapfleitung 105 stromabseitig des Entlastungsventils 7 angeordnet ist, um einen Steuerdruck zu erzeugen, der der Strömungsrate des über das Entlastungsventil 7 abgegebenen Hydraulikfluids entspricht, sowie einen Regler 9 zum Verringern der Förderrate der Hydraulikpumpe 1, wenn der vom festen Begrenzer 8 erzeugte Steuerdruck ansteigt, und zum Erhöhen der Pumpenförderrate, wenn der Steuerdruck absinkt.
Wenn das hydraulische Antriebssystem dieser Ausführungsform in einem hydraulischen Bagger montiert wird, werden die Betätigungselemente 2a, 2b als Betätigungselemente zum Antreiben von Arbeitselementen wie z. B. einem Ausleger und einem Arm verwendet.
Die Steuerhebeleinheit 5 ist eine elektrische Steuereinheit, die ein elektrisches Steuersignal ausgibt, das einem Eingabebetrag des Steuerhebels 4 entspricht. Wenn z. B. der Steuerhebel 4 wie gezeigt in einer Richtung X betätigt wird, wird ein elektrisches Steuersignal erzeugt, um das Betätigungselement 2a in einer Richtung anzutreiben, die davon abhängt, ob der Steuerhebel in positiver (+) oder negativer (-) Richtung betätigt wird. Wenn der Steuerhebel 4 in einer Richtung Y senkrecht zur X-Richtung betätigt wird, wird ein elektrisches Steuersignal erzeugt, um das Betätigungselement 2b in einer Richtung anzutreiben, die davon abhängt, ob der Steuerhebel in pßsitiver (+) oder negativer (-) Richtung betätigt wird. Das von der Steuerhebeleinheit 5 erzeugte elektrische Steuersignal wird in eine Steuereinrichtung 10 eingegeben, die Eingangs- und Ausgangsabschnitte und einen Verarbeitungsabschnitt umfaßt. Die Strömungssteuerventile 3a, 3b sind magnetisch betätigte Ventile, die durch elektrische Antriebssignale angetrieben werden, die von der Steuereinrichtung 10 ausgegeben werden. Diese elektrischen Antriebssignale werden jeweils über Leitungen 11, 12 an die Solenoid-Antriebsabschnitte an beiden Seiten des Strömungssteuerventils 3a und über Leitungen 13, 14 an die Solenoid-Antriebsabschnitte an beiden Seiten des Strömungssteuerventils 3b angelegt. Wenn somit der Steuerhebel 4 in X-Richtung betätigt wird, wird das Strömungssteuerventil 3a in Abhängigkeit davon, ob der Steuerhebel in positiver oder negativer Richtung betätigt wird, und in Abhängigkeit vom Eingabebetrag, d. h. vom Hub, mit dem der Steuerhebel betätigt wird, verschoben. Wenn ferner der Steuerhebel 4 in Y-Richtung betätigt wird, wird das Strömungssteuerventil 3b in Abhängigkeit davon, ob der Steuerhebel in positiver oder negativer Richtung betätigt wird, und in Abhängigkeit vom Eingabebetrag, d. h. vom Hub, mit dem der Steuerhebel betätigt, verschoben.
Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält der Regler 9 ein Betätigungselement 20 zum Antreiben einer Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 1, um deren Neigungswinkel (Verdrängungsvolumen) zu steuern, eine Vorsteuer-Hydraulikquelle 21 in Verbindung mit einer Druckaufnahmekammer auf der Seite des Betätigungselements 20 mit kleinem Durchmesser, ein Hochgeschwindigkeits-Solenoidventil 22a, das zwischen der Druckaufnahmekammer auf der Seite mit kleinem Durchmesser und einer Druckaufnahmekammer auf der Seite mit großem Durchmesser des Betätigungselements 20 angeordnet ist, sowie ein Hochgeschwindigkeits-Solenoidventil 22b, das zwischen der Druckaufnahmekammer auf der Seite mit großem Durchmesser des Betätigungselements 20 und dem Behälter angeordnet ist. Die Hochgeschwindigkeits-Solenoidventile 22a, 22b unterliegen einer Ein/Aus-Steuerung durch die entsprechenden elektrischen Antriebssignale, die von der Steuereinrichtung 10 an ihre Solenoid-Antriebsabschnitte angelegt werden. Genauer befindet sich jedes Hochgeschwindigkeits-Solenoidventil wie gezeigt in seiner geschlossenen Stellung, wenn das elektrische Antriebssignal eingeschaltet ist, wobei es in seine offene Stellung verschoben wird, wenn das elektrische Antriebssignal abgeschaltet wird. Wenn bei einer solchen Ventilverschiebung das Hochgeschwindigkeits-Solenoidventil 22a geöffnet wird und das Hochgeschwindigkeits-Solenoidventil 22b geschlossen wird, fließt ein Hydraulikfluid von der Hydraulikquelle 21 in die beiden Druckaufnahmekammern des Betätigungselements 20 auf der Seite mit großem Durchmesser und auf der Seite mit kleinem Durchmesser, so daß das Betätigungselement 20 aufgrund eines Flächenunterschieds zwischen den beiden Druckaufnahmekammern in der Zeichnung nach links bewegt wird. Der Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 1 wird somit vergrößert, um die Pumpenförderrate anzuheben. Wenn im Gegensatz dazu das Hochgeschwindigkeits-Solenoidventil 22a geschlossen wird und das Hochgeschwindigkeits-Solenoidventil 22b geöffnet wird, fließt das Hydraulikfluid von der Hydraulikquelle 21 in die Druckaufnahmekammer auf der Seite mit kleinem Durchmesser, während das Hydraulikfluid in der Druckaufnahmekammer auf der Seite mit großem Durchmesser an den Behälter abgegeben wird, so daß das Betätigungselement 20 in der Zeichnung nach rechts bewegt wird. Der Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 1 wird somit verringert, um die Pumpenförderrate abzusenken. Wenn die Hochgeschwindigkeits- Solenoidventile 22a, 22b beide geschlossen sind, fließt kein Hydraulikfluid in die oder aus den beiden Druckaufnahmekammern auf der Seite mit großem Durchmesser und auf der Seite mit kleinem Durchmesser, wodurch der Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 1 unverändert bleibt. Mit anderen Worten, die Pumpenförderrate wird konstant gehalten.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Drucksensor 15 mit der Anzapfleitung 105 an einer Stelle zwischen dem Entlastungsventil 7 und dem festen Begrenzer 8 verbunden, um den stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugten Steuerdruck zu erfassen, während der Hydraulikpumpe 1 ein Verdrängungssensor 16 zugeordnet ist, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe zu erfassen, wobei die Signale von diesen Sensoren 15, 16 in die Steuereinrichtung 10 eingegeben werden.
Ferner ist ein Einstellventil 30 parallel zum Entlastungsventil 7 und stromaufseitig des festen Begrenzers 8 angeordnet. Genauer ist das Einstellventil 30 zwischen einer Anzapfleitung 108, die mit der Anzapfleitung 104 verbunden ist, und einer Anzapfleitung 109 angeschlossen, die mit der Anzapfleitung 105 verbunden ist. Das Einstellventil 30 ist ein hydraulisches Vorsteuerventil, wobei dessen Öffnungsfläche in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels 4 verändert wird. Zu diesem Zweck ist zwischen der obenerwähnten Hydraulikquelle 21 und einem hydraulischen Vorsteuerantriebsabschnitt des Einstellventils 30 ein Proportionalsolenoidventil 31 angeordnet, wobei an einen Solenoidantriebsabschnitt des Proportionalsolenoidventils 31 ein elektrisches Antriebssignal von der Steuereinrichtung 10 angelegt wird. Das Proportionalsolenoidventil 31 wird durch das elektrische Antriebssignal von der Steuereinrichtung 10 angetrieben und erzeugt einen Vorsteuerdruck, der proportional zum elektrischen Antriebssignal ist, wobei der Vorsteuerdruck an den hydraulischen Vorsteuerantriebsabschnitt oder an das Einstellventil 30 abgegeben wird.
Die Steuerungsfunktionen der Steuereinrichtung 10 sind in einem Blockschaltbild der Fig. 3 gezeigt. Die Steuereinrichtung 10 besitzt eine Steuerungsverarbeitungsfunktion zum Erzeugen des an die Strömungssteuerventile 3a, 3b angelegten elektrischen Antriebssignals, eine Steuerungsverarbeitungsfunktion 36 zum Erzeugen des an das Einstellventil 30 angelegten elektrischen Antriebssignals sowie eine Steuerungsverarbeitungsfunktion 37 zum Erzeugen des an den Regler 9 für die Hydraulikpumpe 1 angelegten elektrischen Antriebssignals.
Die Steuerungsverarbeitungsfunktion 35 für die Strömungssteuerventile 3a, 3b wurde oben beschrieben. Fig. 4 zeigt die Beziehung einer Öffnungsfläche A eines variablen Einmeßbegrenzers des jeweiligen Strömungssteuerventils 3a, 3b zu einem Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 in der elektrischen Hebeleinheit 5. Im Graphen der Fig. 4 stellt der Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 den Betrag oder den Hub dar, mit dem der Steuerhebel in positiver oder negativer X-Richtung und in positiver oder negativer Y- Richtung betätigt wird. Ferner stellt Lmax einen maximalen Eingabebetrag dar, der sich ergibt, wenn der Steuerhebel 4 mit vollem Hub betätigt wird.
Einzelheiten der Steuerungsverarbeitungsfunktion 37 für die Hydraulikpumpe 1 sind in Fig. 5 gezeigt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird in einen Block 37a das Signal vom Drucksensor 15 eingegeben, um einen Soll-Neigungswinkel θo zu berechnen, der dem stromaufseitig eines festen Begrenzers 8 erzeugten Steuerdruck Pc entspricht. Diese Berechnung wird durchgeführt, indem im voraus die Beziehung zwischen dem Steuerdruck Pc und dem Soll-Neigungswinkel θo gesetzt und die Beziehung in Form einer Funktionstabelle gespeichert wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die gespeicherte Beziehung so beschaffen, daß der Soll- Neigungswinkel θo mit zunehmendem Steuerdruck Pc, der stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugt wird, kleiner wird, während er mit absinkendem Steuerdruck Pc größer wird. Der im Block 37a berechnete Soll-Neigungswinkel θo wird an den Addierer 37b angelegt, der eine Abweichung Z des Soll-Neigungswinkels θo von einem Neigungswinkel θ der Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 1, der vom Verdrängungssensor 16 erfaßt und zu diesem zurückgeführt wird, ausgibt. Die Abweichung Z wird in den Blöcken 37c, 37d in ein elektrisches Ein- oder Aus-Antriebssignal umgesetzt. Genauer, wenn die Abweichung Z positiv ist, wird an das Solenoidventil 22a das elektrische Ein-Antriebssignal ausgegeben, während an das Solenoidventil 22b das elektrische Aus-Antriebssignal ausgegeben wird. Wenn die Abweichung Z negativ ist, wird an das Solenoidventil 22b das elektrische Ein-Antriebssignal ausgegeben, während an das Solenoidventil 22a das elektrische Aus-Antriebssignal ausgegeben wird. Der Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 1 wird wie oben erwähnt durch die an die Solenoidventile 22a, 22b angelegten elektrischen Ein- und Aus-Antriebssignale gesteuert. Daher wird der aktuelle Neigungswinkel θ, der vom Verdrängungssensor 16 erfaßt wird, zurückgeführt, um die Steuerung so zu gestalten, daß der aktuelle Soll-Neigungswinkel θ mit dem Soll-Neigungswinkel θo übereinstimmt.
Die Steuerungsverarbeitungsfunktion 37 für die Hydraulikpumpe 1 und der Regler 9 bilden gemeinsam die Pumpensteuereinrichtung zum Verringern der Förderrate der Hydraulikpumpe 1, wenn der vom festen Begrenzer 8 erzeugte Steuerdruck ansteigt, und zum Erhöhen der Pumpenförderrate, wenn der Steuerdruck absinkt.
Einzelheiten der Steuerungsverarbeitungsfunktion 36 für das Einstellventil 30 sind in Fig. 6 gezeigt. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird in einen Block 36a das elektrische Signal von der elektrischen Hebeleinheit 5 eingegeben, um einen Soll-Signalwert Eo zu berechnen, der dem Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 entspricht. Diese Berechnung wird durchgeführt, indem im voraus die Beziehung zwischen dem Eingabebetrag L und dem Soll-Signalwert Eo erstellt und in Form einer Funktionstabelle gespeichert wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die gespeicherte Beziehung so beschaffen, daß der Eingabebetrag L des Steuerhebels mit ansteigendem Soll-Signalwert Eo zunimmt. Ferner wird eine Anstiegsrate des Soll-Signalwerts Eo oberhalb eines bestimmten Wertes La des Eingabebetrags L verringert. Der Soll-Signalwert Eo, der vom Block 36a berechnet wird, wird von einem Verstärker 36b verstärkt und als elektrisches Antriebssignal an das Proportionalsolenoidventil 31 ausgegeben.
Das Proportionalsolenoidventil 31 erzeugt den Vorsteuerdruck, der proportional zum elektrischen Antriebssignal von der Steuereinrichtung 10 ist, und gibt diesen an den hydraulischen Vorsteuer-Antriebsabschnitt des Einstellventils 30 aus. Andererseits ist in Fig. 7 die Beziehung einer Öffnungsfläche A zu einem Hub 5 des Einstellventils 30 gezeigt. Wenn somit der Ventilhub 5 zunimmt, wird die Öffnungsfläche A reduziert. Dementsprechend ergibt sich die in Fig. 8 gezeigte Beziehung der Öffnungsfläche A zum Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 im Einstellventil 30, das durch den Vorsteuerdruck vom Proportionalsolenoidventil 31 angetrieben wird. Mit anderen Worten, das Einstellventil 30 wird so gesteuert, daß die Öffnungsfläche A groß ist, wenn der Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 klein ist, und verringert wird, wenn der Eingabebetrag L ansteigt. Ferner wird die Öffnungsfläche A des Einstellventils 30A bei Lb gleich 0, bevor der Eingabebetrag L sein Maximum Lmax erreicht. Daher ist das Einstellventil 30 vollständig geschlossen, bevor der maximale Eingabebetrag Lmax erreicht wird.
Wie oben erläutert ist, bilden die Steuerungsverarbeitungsfunktion 36 für das Einstellventil 30 und das Proportionalsolenoidventil 31 gemeinsam die Steuereinrichtung zum Steuern des Einstellventils 30, so daß bei kleinem Eingabebetrag des Steuerhebels 4 eine große Öffnungsfläche des Einstellventils 30 bewirkt wird und die Öffnungsfläche des Einstellventils 30 mit zunehmendem Eingabebetrag des Steuerhebels 4 verringert wird.
Im folgenden werden die Operationsprinzipien dieser Ausführungsform beschrieben. Zuerst wird das System betrachtet, bei dem kein Einstellventil 30 vorhanden ist. Das System, das kein Einstellventil 30 enthält, ist äquivalent zu einem herkömmlichen LS-Steuerungssystem. Genauer, wenn der Steuerhebel 4 nicht betätigt wird und in seiner Neutralstellung gehalten wird, befinden sich auch die Strömungssteuerventile 3a, 3b in ihren Neutralstellungen, wobei die Vorsteuerleitung 107 über das Wechselventil 6 und die Strömungssteuerventile 3a, 3b mit dem Behälter verbunden ist. Da zu diesem Zeitpunkt der Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 über die Vorsteuerleitung 106 auf das Entlastungsventil 7 wirkt, wird das Entlastungsventil 7 gegen die Zwangskraft der Feder 7a in seine geschlossene Stellung verschoben. Dadurch steigt der stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugte Steuerdruck an, woraufhin die von der Steuerungsverarbeitungsfunktion 37 der Steuereinrichtung 10 und dem Regler 9 gebildete Pumpensteuereinrichtung den Neigungswinkel der Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 1 verkleinert und die Pumpenförderrate reduziert. Als Folge hiervon wird das System so gesteuert, daß der Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 1 minimal gehalten wird und die Hydraulikpumpe 1 eine minimale Förderrate liefert.
Wenn der Steuerhebel 4 aus der Neutralstellung z. B. in positiver X-Richtung betätigt wird, wird das Strömungssteuerventil 3a geöffnet, so daß es eine Öffnungsfläche aufweist, die dem Eingabebetrag (angeforderte Strömungsrate) L entspricht, woraufhin das Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 1 über das Strömungssteuerventil 3a dem Hydraulikbetätigungselement 2a zugeführt wird. Gleichzeitig wird ein Lastdruck des Hydraulikbetätigungselements 2a vom Wechselventil 6 als der maximale Lastdruck erfaßt, wobei der erfaßte maximale Lastdruck gemeinsam mit dem Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 auf das Entlastungsventil 7 wirkt. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 kleiner ist als die angeforderte Strömungsrate, steigt der Pumpenförderdruck nicht an, so daß der Differenzdruck zwischen dem Pumpenförderdruck und dem maximalen Lastdruck, d. h. der LS-Differenzdruck, kleiner wird als ein vorgegebener Wert, der von der Feder 7a gesetzt wird (im folgenden als gesetzter Differenzdruck des Entlastungsventils 7 bezeichnet), wodurch das Entlastungsventil 7 geschlossen wird. Dementsprechend wird der stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugte Steuerdruck verringert und die Pumpenförderrate durch die von der Steuerungsverarbeitungsfunktion 37 der Steuereinrichtung 10 und dem Regler 9 gebildete Pumpensteuereinrichtung erhöht. Wenn die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 über die angeforderte Strömungsrate angehoben wird, steigt der Pumpenförderdruck an, so daß der LS-Differenzdruck größer wird als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, wodurch das Entlastungsventil 7 geöffnet wird. Dementsprechend steigt der stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugte Steuerdruck an, wobei die Pumpenförderrate von der Pumpensteuereinrichtung abgesenkt wird. Somit wird die Pumpenförderrate so gesteuert, daß der Pumpenförderdruck einen festen Wert über dem maximalen Lastdruck gehalten wird.
Die Beziehung einer Strömungsrate Q durch das Strömungssteuerventil 3a zum Eingabebetrag L des Steuerhebels 4, die sich ergibt, wenn die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 wie oben erwähnt gesteuert wird, ist durch eine Kennlinie FLS in Fig. 9 in Übereinstimmung mit der in Fig. 4 gezeigten Beziehung zwischen dem Eingabebetrag L und der Öffnungsfläche A gegeben. Genauer, da die Pumpenförderrate so gesteuert wird, daß der Pumpenförderdruck um den festen Wert über dem maximalen Lastdruck gehalten wird, wird der Differenzdruck zwischen dem Pumpenförderdruck und dem maximalen Lastdruck, d. h. der LS-Differenzdruck, konstant gehalten, wobei der Differenzdruck über dem Strömungssteuerventil 3a auf einem festen Wert gehalten wird, der dem LS-Differenzdruck entspricht, wodurch die Strömungsratenkennlinie FLS mit der Kennlinie der Öffnungsfläche A des Strömungssteuerventils 3a übereinstimmt. Da ferner der LS-Differenzdruck selbst bei einer Änderung des Lastdrucks des Betätigungselements 2a konstant gehalten wird, wird auch die Strömungsratenkennlinie FLS unabhängig vom Lastdruck konstant gehalten. Daher nimmt bei der LS-Steuerung selbst dann, wenn der Lastdruck des Betätigungselements 2a schwankt, die dem Betätigungselement 2a zugeführte Strömungsrate einen im voraus bestimmten Wert an, der der Öffnungsfläche des Strömungssteuerventils 3a (d. h. dem Eingabebetrag des Steuerhebels) entspricht, wobei die Antriebsgeschwindigkeit des Betätigungselements 2a durch Schwankungen im Lastdruck nicht beeinflußt wird, wodurch es möglich wird, die Betätigungselementgeschwindigkeit präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels zu steuern.
Im folgenden wird das System dieser Ausführungsform betrachtet, in dem kein Entlastungsventil 7 vorhanden ist. In dem System, in dem kein Entlastungsventil 7 vorhanden ist, wird die Strömungsratensteuerung unter der Anzapfsteuerung über das Einstellventil 30 durchgeführt. Genauer, wenn sich der Steuerhebel 4 anfangs in der Neutralstellung befindet, ist das Einstellventil 30 entsprechend der in Fig. 8 gezeigten Kennlinie bis zur maximalen Öffnungsfläche geöffnet, wodurch das von der Hydraulikpumpe 1 geförderte Hydraulikfluid durch das Einstellventil 30 in die Anzapfleitung 105 abgegeben wird. Da der stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugte Steuerdruck angehoben wird, wird somit der Neigungswinkel der Hydraulikpumpe 1 minimal gehalten, wobei die Hydraulikpumpe 1 wie bei der vorangegangenen Operation des Fallest in dem nur das Entlastungsventil 7 enthalten ist, eine minimale Förderrate liefert.
Wenn der Steuerhebel 4 aus der Neutralstellung z. B. in positiver X-Richtung betätigt wird, wird das Strömungssteuerventil 3a geöffnet, so daß es eine Öffnungsfläche aufweist, die dem Eingabebetrag (angeforderte Strömungsrate) L entspricht, wobei gleichzeitig die Öffnungsfläche des Einstellventils 30 in Abhängigkeit vom Eingabebetrag L gemäß der in Fig. 8 gezeigten Kennlinie verringert wird, wodurch die Anzapfrate, die durch das Einstellventil 30 in die Anzapfleitung 105 abgegeben wird, verringert wird. Somit wird der stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugte Steuerdruck abgesenkt und die Pumpenförderrate durch die von der Steuerungsverarbeitungsfunktion 37 der Steuereinrichtung 10 und dem Regler 9 gebildete Pumpensteuereinrichtung erhöht. Wenn die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 erhöht wird, um den Pumpenförderdruck über den Lastdruck des Betätigungselements 2 anzuheben, beginnt die Förderung des Hydraulikfluids von der Hydraulikpumpe 1 durch das Strömungssteuerventil 3a zum Hydraulikbetätigungselement 2a. Da andererseits die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 angehoben wird und der Pumpenförderdruck ansteigt, nimmt die durch das Einstellventil 30 abgegebene Anzapfrate zu, wobei der stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugte Steuerdruck ansteigt. Wenn die durch den erzeugten Steuerdruck bestimmte Pumpenförderrate mit der gesamten, dem Betätigungselement 2a zugeführten Strömungsrate und mit der durch das Einstellventil 30 abgegebenen Anzapfrate im Gleichgewicht ist, ist der Steuerdruck stabilisiert und die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 wird konstant gehalten. Da zu diesem Zeitpunkt unter der Bedingung, daß der Lastdruck des Betätigungselements 2a konstant ist, die durch das Einstellventil 30 abgegebene Strömungsrate bei größerem Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 gemäß der in Fig. 8 gezeigten Kennlinie kleiner ist, wird der Steuerdruck auf einem niedrigeren Wert stabilisiert, wobei die Förderrate der Hydraulikpumpe 1, die sich ergibt, wenn der Steuerdruck stabilisiert wird, größer wird, wenn der Eingabebetrag des Steuerhebels 4 ansteigt. Somit wird die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 in Abhängigkeit vom Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 gesteuert.
Andererseits wird das Betätigungselement 2a durch das Strömungssteuerventil 3a mit dem Hydraulikfluid mit einer Strömungsrate versorgt, die sich durch Subtrahieren der Anzapfrate durch das Einstellventil 30 von der Förderrate der Hydraulikpumpe 1 ergibt. Die Beziehung der Strömungsrate Q durch das Strömungssteuerventil 3a zum Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 ist in diesem Fall durch die Kennlinien FBOL, FBOM, FBOH in Fig. 9 in Übereinstimmung mit der in Fig. 8 gezeigten Beziehung zwischen dem Eingabebetrag L und der Öffnungsfläche A gegeben. Genauer wird die Strömungsrate in diesem Fall durch den Lastdruck beeinflußt, so daß die Anzapfrate durch das Einstellventil 30 bei größerem Lastdruck erhöht wird und die Strömungsrate durch das Strömungssteuerventil 3a selbst bei gleicher Pumpenförderrate verringert wird. Bei einem Anstieg des Lastdrucks verändert sich daher die Kennlinie der Strömungsrate Q durch das Strömungssteuerventil 3a wie mit FBOL, FBOM, FBOH gezeigt in der Richtung, in der die Strömungsrate Q verringert wird.
Es ist zu beachten, daß die Strömungsratensteuerung über das Einstellventil 30 in dieser Ausführungsform der Anzapfsteuerung im herkömmlichen System ähnlich ist, das mit einem Zentralöffnungs-Strömungssteuerventil versehen ist, wobei in diesem Sinne die Strömungsratensteuerung über das Einstellventil 30 in dieser Beschreibung als Anzapfsteuerung bezeichnet wird.
Diese Ausführungsform enthält sowohl das Entlastungsventil 7 als auch das Einstellventil 30, wobei das Einstellventil 30 parallel zum Entlastungsventil 7 und stromaufseitig des festen Begrenzers 8 angeordnet ist. Wenn daher der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 und dem maximalen Lastdruck (d. h. der LS- Differenzdruck) nicht größer ist als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, wird das Entlastungsventil 7 geschlossen, was zu einem System führt, das zu dem System äquivalent ist, in dem kein Entlastungsventil 7 vorhanden ist und die Anzapfsteuerung über das Einstellventil 30 ausgeführt wird.
Wenn der LS-Differenzdruck größer ist als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, wird das Hydraulikfluid durch das Entlastungsventil 7 abgegeben, was zu dem System führt, das zu dem System äquivalent ist, in dem kein Einstellventil 30 vorhanden ist und die LS- Steuerung über das Entlastungsventil 7 ausgeführt wird.
Wenn sich der Steuerhebel 4 in der Neutralstellung befindet, ist außerdem das Einstellventil 30 bis zur maximalen Öffnungsfläche geöffnet, wobei die Hydraulikpumpe 1 so gesteuert wird, daß der Neigungswinkel minimal gehalten wird, wodurch sich eine minimale Förderrate ergibt.
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Strömungsrate Q durch das Strömungssteuerventil 3a und dem Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 in dieser Ausführungsform. Im Graphen der Fig. 10 sind die gleichen Kennlinien, die in Fig. 9 gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Fig. 10(A) zeigt die Beziehung, die sich ergibt, wenn der Lastdruck des Betätigungselements 2a mittelgroß ist, Fig. 10(B) zeigt die Beziehung, die sich ergibt, wenn der Lastdruck des Betätigungselements 2a gering ist, während Fig. 10(C) die Beziehung zeigt, die sich ergibt, wenn der Lastdruck des Betätigungselements 2a hoch ist.
Unter der Bedingung, daß der Lastdruck mittelgroß ist, wird dann, wenn der Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 nicht größer als Lb in einem Meßbereich ist, der LS- Differenzdruck kleiner als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, wobei das Entlastungsventil 7 geschlossen wird. Somit wird die Anzapfsteuerung über das Einstellventil 30 ausgewählt. Wenn der Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 über Lb angehoben wird, wird der LS- Differenzdruck größer als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, wobei das Entlastungsventil 7 geöffnet wird. Somit wird die LS-Steuerung über das Entlastungsventil 7 ausgewählt. Als Folge hiervon ergibt sich in diesem Fall die Strömungsratenkennlinie entsprechend einer in Fig. 10(A) gezeigten durchgezogenen Linie, die in den entsprechenden Bereichen auf beiden Seiten von Lb jeweils die Kennlinie FLS oder FBOM darstellt, die die kleinere Strömungsrate aufweist.
Unter der Bedingung, daß der Lastdruck gering ist, ist der LS-Differenzdruck im gesamten Bereich des Eingabebetrags L des Steuerhebels 4 größer als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, weshalb die LS-Steuerung über das Entlastungsventil 7 ausgewählt wird. Als Folge hiervon ergibt sich in diesem Fall eine Strömungsratenkennlinie entsprechend einer in Fig. 10(B) gezeigten durchgezogenen Linie, die der Kennlinie FLS entspricht.
Unter der Bedingung, daß der Lastdruck hoch ist, wenn der Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 nicht größer ist als Lc oberhalb des Meßbereichs, ist der LS-Differenzdruck kleiner als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, wobei die Anzapfsteuerung über das Einstellventil 30 ausgewählt wird. Wenn der Eingabebetrag L des Steuerhebels 4 über Lc angehoben wird, wird der LS-Differenzdruck größer als der gesetzte Differenzdruck des Entlastungsventils 7, wobei die LS-Steuerung über das Entlastungsventil 7 ausgewählt wird. Als Folge hiervon ergibt sich in diesem Fall eine Strömungsratenkennlinie entsprechend einer durchgezogenen Linie, die in den entsprechenden Bereichen auf beiden Seiten von Lc jeweils die Kennlinie FLS oder FBOH darstellt, die die kleinere Strömungsrate aufweist
Wenn in dieser Ausführungsform mit den oben erläuterten Operationsprinzipien der Steuerhebel 4 in dem Bereich, der nicht größer ist als der Eingabebetrag Lb in der Kennlinie der Fig. 10(A), die den mittleren Lastdruck darstellt, wie er z. B. bei Bodeneinebnungsarbeiten eines hydraulischen Baggers auftritt, feinfühlig betätigt wird, wird die Anzapfsteuerung über das Einstellventil 30 ausgewählt. Wenn ferner der Steuerhebel 4 innerhalb des Meßbereichs in der Kennlinie der Fig. 10(C), die den hohen Lastdruck darstellt, wie er z. B. bei Ladearbeiten eines hydraulischen Baggers auftritt, betätigt wird, wird die Anzapfsteuerung über das Einstellventil 30 ausgewählt. In den Fällen, in denen der Steuerhebel 4 in positiver X-Richtung betätigt wird, wird die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels 4 erhöht, wobei die Strömungsrate, die dem Eingabebetrag des Steuerhebels 4 entspricht, wie oben beschrieben dem Betätigungselement 2a zugeführt wird.
Wenn andererseits bei der Anzapfsteuerung der Förderdruck der Hydraulikpumpe 1 beim Anfahren des Betätigungselements oder aufgrund von Schwankungen der Last anzusteigen beginnt, wird ein Teil der Pumpenförderrate über das Einstellventil 30 und die Anzapfleitung 105 an den Behälter abgegeben. Dadurch wird ein plötzlicher Anstieg des Pumpenförderdrucks unterdrückt. Die in den Behälter abgegebene Strömungsrate wird mit größerem Eingabebetrag des Steuerhebels 4 verringert. Als Folge hiervon werden eine Beschleunigung und eine Antriebskraft des Betätigungselements 2a in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels 4 gesteuert, wodurch ermöglicht wird, daß die Arbeit mit einem geringeren Stoß sanft ausgeführt werden kann.
In der Kennlinie der Fig. 10(C), die den hohen Lastdruck darstellt, erzeugt das Betätigungselement 2a aufgrund der plötzlichen Veränderung der Betätigungselementgeschwindigkeit Schwingungen, wenn der Steuerhebel 4 schnell über einen halben Hub betätigt wird, um das Betätigungselement 2a in Bewegung zu setzen, oder wenn er schnell von der Vollhubstellung in die Halbhubstellung zurückgenommen wird. Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß die einmal erzeugten Schwingungen im Betätigungselement nicht abklingen, wenn die dem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate unabhängig vom Betätigungselementdruck konstant gehalten wird. Um die einmal erzeugten Schwingungen zu dämpfen, muß das System eine solche Eigenschaft aufweisen, daß die dem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate verringert wird, wenn der Betätigungselementdruck ansteigt.
Wenn bei der Anzapfsteuerung der Lastdruck des Betätigungselements zunimmt, wird ein Teil der Pumpenförderrate, die durch das Einstellventil 30 und die Anzapfleitung 5 an den Behälter abgegeben wird, erhöht, während die verteilte Strömungsrate zum Versorgen des Betätigungselements verringert wird, wodurch der Steuerdruck stromaufseitig des festen Begrenzers 8 ansteigt und die Pumpenförderrate selbst verringert wird. Daher hat das System unter der Anzapfsteuerung eine solche Eigenschaft, daß die dem Betätigungselement zugeführte Strömungsrate verringert wird, wenn der Lastdruck des Betätigungselements ansteigt. Somit werden die im Betätigungselement 2a erzeugten Schwingungen einfach gedämpft, wobei die Strömungsratensteuerung auf eine stabile Weise ausgeführt werden kann, ohne Regelschwingungen zu verursachen.
Wenn andererseits der Steuerhebel 4 in dem Bereich betätigt wird, der nicht kleiner ist als der Eingabebetrag Lb in der Kennlinie der Fig. 10(A), die den mittleren Lastdruck darstellt, wie er z. B. bei mittelschweren Aushubarbeiten eines hydraulischen Baggers auftritt, oder wenn der Steuerhebel 4 innerhalb eines Völlhub-Bereichs in der Kennlinie der Fig. 10(C), die den hohen Lastdruck darstellt, wie er z. B. bei schweren Aushubarbeiten eines hydraulischen Baggers auftritt, betätigt wird, wird die LS-Steuerung über das Entlastungsventil 7 ausgewählt. Wenn in diesem Fall der Steuerhebel 4 in positiver X- Richtung betätigt wird, wird die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels 4 erhöht, wobei die Förderrate, die dem Eingabebetrag des Steuerhebels 4 entspricht, wie oben erwähnt dem Betätigungselement 2 zugeführt wird. Da zu diesem Zeitpunkt der LS-Differenzdruck konstant gehalten wird, nimmt die dem Betätigungselement 2a zugeführte Strömungsrate einen im voraus bestimmten Wert an, der der Öffnungsfläche des Strömungssteuerventils 3a (d. h. dem Eingabebetrag des Steuerhebels) entspricht, selbst wenn der Lastdruck des Betätigungselements 2a schwankt. Dementsprechend wird die Antriebsgeschwindigkeit des Betätigungselements 2a durch Schwankungen des Lastdrucks nicht beeinflußt, wodurch es möglich wird, die Betätigungselementgeschwindigkeit präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels 4 zu steuern.
Wenn ferner der Steuerhebel 4 der Kennlinie der Fig. 10(B) folgend betätigt wird, die den niedrigen Lastdruck darstellt, wird über den gesamten Bereich des Eingabebetrags des Steuerhebels 4 die LS-Steuerung über das Entlastungsventil 7 ausgewählt. Als Folge hiervon kann die Betätigungselementgeschwindigkeit präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels gesteuert werden, ohne daß sie durch Schwankungen des Lastdrucks beeinflußt wird.
Obwohl die obige Beschreibung eine Betätigung des Steuerhebels 4 in positiver X-Richtung beschreibt, gilt sie in gleichem Maße für den Fall der Betätigung des Steuerhebels 4 in negativer X-Richtung und für den Fall der Betätigung des Steuerhebels 4 in positiver oder negativer Y-Richtung, um das Betätigungselement 2b anzutreiben.
Folglich werden bei dieser Ausführungsform in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels 4 wahlweise die LS-Steuerung über das Entlastungsventil 7 und die Anzapfsteuerung über das Einstellventil 30 ausgewählt, so daß die Strömungsratensteuerung unter Verwendung der Kennlinien beider Steuerungsbetriebsarten implementiert werden kann.
Wenn ferner der Eingabebetrag des Steuerhebels 4 in einem bestimmten Bereich liegt und die Anzapfsteuerung über das Einstellventil. 30 ausgewählt ist, können eine Beschleunigung und eine Antriebskraft des jeweiligen Betätigungselements 2a, 2b in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels 4 gesteuert werden, wobei eine Fähigkeit zur Dämpfung von Schwingungen des jeweiligen Betätigungselements 2a, 2b verbessert wird, während dann, wenn der Eingabebetrag des Steuerhebels 4 in einem weiteren Bereich liegt und die LS-Steuerung über das Entlastungsventil 7 ausgewählt ist, die Antriebsgeschwindigkeit des jeweiligen Betätigungselements 2a, 2b präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag des Steuerhebels gesteuert werden kann.
In der obigen Ausführungsform können die in Fig. 9 gezeigten Kennlinien FLS, FBOL, FBOM, FBOH der Strömungsrate Q über dem Eingabebetrag L des Steuerhebels verschiedenartig modifiziert werden, indem die in Fig. 4 gezeigte Kennlinie der Öffnungsfläche des jeweiligen Strömungssteuerventils 3a, 3b und/oder die in Fig. 8 gezeigte Kennlinie der Öffnungsfläche des Einstellventils 30 verändert werden. Durch Modifizieren der Strömungsratenkennlinien FLS, FBOL, FBOM, FBOH kann die in Fig. 10 gezeigte, entsprechend kombinierte Strömungsratenkennlinie verändert werden. Die Fig. 11 und 12 zeigen ein Beispiel einer solchen Veränderung, bei der die Strömungsratenkennlinie FLS für die LS-Steuerung die gleiche ist wie diejenige in der obenerwähnten Ausführungsform, wobei jedoch die Strömungsratenkennlinien für die Anzapfsteuerung modifiziert sind, wie mit FBOLA, FBOMA, FBOHA gezeigt ist. In diesem Fall hängen die kombinierten Strömungsratenkennlinien, wie sie in den Fig. 12(A) bis 12(B) gezeigt sind vom Lastdruck ab. Wie in Fig. 12(A) gezeigt, wird bei der Strömungsratenkennlinie, die den mittleren Lastdruck darstellt, die LS-Steuerung ausgewählt, wenn der Eingabebetrag L nicht größer ist als Ld innerhalb eines Meßbereichs, während die Anzapfsteuerung ausgewählt wird, wenn der Eingabebetrag L im Bereich von Ld bis Le oberhalb des Meßbereichs liegt, und erneut die LS-Steuerung ausgewählt wird, wenn der Eingabebetrag L nicht kleiner ist als Le. Durch eine solche Veränderung der Strömungsratenkennlinie ist es möglich, für einen bestimmten Zweck die Eigenschaften vorteilhaft einzustellen und somit die Betriebseigenschaften erheblich zu verbessern.
In der obenerwähnten Ausführungsform ist der feste Begrenzer 8 als Widerstandseinrichtung zum Erzeugen eines Drucks vorgesehen, der der Strömungsrate des durch das Entlastungsventil 7 abgegebenen Hydraulikfluids entspricht. Wie in Fig. 13 gezeigt, kann die Widerstandseinrichtung eine Kombination aus einem festen Begrenzer 40 und einem Entlastungsventil 41 sein.
Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 14 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 14 sind diejenigen Elemente, die zu denjenigen der Fig. 1 identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In dieser zweiten Ausführungsform umfaßt die Steuerhebeleinheit zur Betätigung der Betätigungselemente 2a, 2b zwei hydraulische, mittels Vorsteuerung betätigte Steuerhebeleinheiten 50a, 50b. Die aufgrund der Betätigung der Steuerhebel 51a, 51b der Steuerhebeleinheiten 50a, 50b erzeugten Vorsteuerdrücke werden über eine Vorsteuerleitung 52 oder 53 bzw. eine Vorsteuerleitung 54 oder 55 in die entsprechenden Druckaufnahmekammern der Strömungssteuerventile 3a, 3b geleitet, wodurch die Strömungssteuerventile 3a, 3b verschoben werden. Ferner wird der Regler zum Steuern des Neigungswinkels der Hydraulikpumpe 1 von einem Servosteuerventil 56, das direkt mit dem stromaufseitig des festen Begrenzers 8 erzeugten Steuerdruck beaufschlagt wird und in Abhängigkeit vom erzeugten Steuerdruck betätigt wird, sowie einem Steuerungsbetätigungselement 57 in Verbindung mit dem Servosteuerventil 56 zum Steuern des Neigungswinkels der Hydraulikpumpe 1 gebildet. Das Servosteuerventil 56 und das Steuerungsbetätigungselement 57 führen die Steuerung kooperativ durch, so daß die Förderrate der Hydraulikpumpe 1 verringert wird, wenn der vom festen Begrenzer 8 erzeugte Steuerdruck ansteigt, und die Pumpenförderrate erhöht wird, wenn der Steuerdruck absinkt.
Ferner ist in dieser zweiten Ausführungsform die Steuereinrichtung für das Einstellventil 30 hydraulisch ausgeführt. Genauer umfaßt die Steuereinrichtung für das Einstellventil 30 ein erstes Wechselventil 58 zum wahlweisen Entnehmen des in der Vorsteuerleitung 52 oder 53 erzeugten Vorsteuerdrucks, ein zweites Wechselventil 59 zum wahlweisen Entnehmen des in der Vorsteuerleitung 54 oder 55 erzeugten Vorsteuerdrucks sowie ein drittes Wechselventil 60 zum wahlweisen Entnehmen des höheren der beiden Vorsteuerdrücke, die von den ersten und zweiten Wechselventilen 58, 59 entnommen werden. In diesem Fall wird das Einstellventil 30 durch den vom dritten Wechselventil 60 entnommenen Steuerdruck gesteuert, um z. B. eine Beziehung der Öffnungsfläche A zum Eingabebetrag L des Steuerhebels 51a oder 51b zu erzeugen, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. Somit wird das Einstellventil 30 so gesteuert, daß es eine große Öffnungsfläche A aufweist, wenn der Eingabebetrag L des Steuerhebels Sla oder Sib klein ist, und eine kleinere Öffnungsfläche A aufweist, wenn der Eingabebetrag L ansteigt.
Diese so aufgebaute zweite Ausführungsform kann ferner ähnliche Vorteile bieten wie jene in der obenerwähnten ersten Ausführungsform, da das Einstellventil 30 in Abhängigkeit von den Eingabebeträgen der Steuerhebel 51a, 51b geöffnet wird, um wahlweise die LS-Steuerung oder die Anzapfsteuerung auszuführen.
Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 15 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 15 sind diejenigen Elemente, die zu denjenigen Fig. 1 und 14 identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In dieser dritten Ausführungsform sind anstelle des Einstellventils 30 in der obigen zweiten Ausführungsform zwei Einstellventile 30a, 30b parallel angeordnet und den entsprechenden zwei Betätigungselementen 2a, 2b zugeordnet. Der vom ersten Wechselventil 58 entnommene Vorsteuerdruck wird an einen hydraulischen Antriebsabschnitt des Einstellventils 30a angelegt, während der vom zweiten Wechselventil 59 entnommene Vorsteuerdruck an einen hydraulischen Antriebsabschnitt des Einstellventils 30b angelegt wird. Ferner sind die Beziehungen der Öffnungsflächen der Einstellventile 30a, 30b zu den Eingabebeträgen der Steuerhebel 51a, 51b zwischen den Einstellventilen 30a und 30b unterschiedlich ausgeführt, um entsprechende Strömungsratenkennlinien einzustellen, die für die zugeordneten Betätigungselemente 2a, 2b geeignet sind.
Zusätzlich dazu, daß ähnliche Vorteile wie diejenigen in der obenerwähnten zweiten Ausführungsform geschaffen werden, ist die derart angeordnete dritte Ausführungsform insofern vorteilhaft, daß es möglich ist, die Strömungsratenkennlinie für das jeweilige Betätigungselement 2a, 2b zu modifizieren und eine hochgenaue Betätigungselementsteuerung zu verwirklichen, da die Einstellventile 30a, 30b in Abhängigkeit von den entsprechenden Eingabebeträgen der Steuerhebel 51a, 51b separat verschoben werden können.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in Abhängigkeit von einem Eingabebetrag einer Bedienungseinrichtung wahlweise eine LS-Steuerung über ein Entlastungsventil und eine Anzapfsteuerung über eine Einstellventileinrichtung ausgeführt, so daß die Strömungsratensteuerung unter Verwendung der Kennlinien beider Steuerungsbetriebsarten implementiert werden kann.
Wenn ferner der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung in einem bestimmten Bereich liegt und die Anzapfsteuerung ausgewählt ist, können eine Beschleunigung und eine Antriebskraft eines Betätigungselements in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert werden, wobei eine Fähigkeit zur Dämpfung von Schwingungen des Betätigungselements verbessert wird, während dann, wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung in einem weiteren Bereich liegt und die LS-Steuerung ausgewählt ist, eine Betätigungselementgeschwindigkeit präzise in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung gesteuert werden kann.

Claims

1. Hydraulisches Antriebssystem, mit einer Hydraulikpumpe (1) mit variabler Verdrängung, mehreren Betätigungselementen (2a, 2b), die durch ein von der Hydraulikpumpe gefördertes Hydraulikfluid angetrieben werden, einer Bedienungseinrichtung (5), die von einer Bedienungsperson bedient wird, um den Betrieb der mehreren Betätigungselemente zu steuern, mehreren Strömungssteuerventilen (3a, 3b) zum Steuern der entsprechenden Strömungsraten des an die mehreren Betätigungselemente gelieferten Hydraulikfluids, einer Drucksensoreinrichtung (6) zum Erfassen eines maximalen Lastdrucks unter den mehreren Betätigungselementen, einem Entlastungsventil (7), das geöffnet wird, wenn ein Differenzdruck zwischen einem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck einen vorgegebenen Wert übersteigt, um einen Teil der Strömungsrate des von der Hydraulikpumpe geförderten Hydraulikfluids an einen Behälter auszugeben, einer Widerstandseinrichtung (8), die stromabseitig vom Entlastungsventil vorgesehen ist, um einen Steuerdruck zu erzeugen, der der Strömungsrate des durch das Entlastungsventil ausgegebenen Hydraulikfluids entspricht, und einer Pumpensteuereinrichtung (9) zum Reduzieren der Förderrate der Hydraulikpumpe, wenn der von der Widerstandseinrichtung erzeugte Steuerdruck ansteigt, und zum Erhöhen der Pumpenförderrate, wenn der Steuerdruck absinkt, gekennzeichnet durch:

eine Einstellventileinrichtung (30), die mit der Hydraulikpumpe (1) parallel zum Entlastungsventil (7) an einer Position stromaufseitig von der Widerstandseinrichtung (8) verbunden ist, und nommenen Vorsteuerdruck angetrieben wird, um ihre Öffnungsfläche zu verändern.

5. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, in dem die Einstellventileinrichtung ein einzelnes Einstellventil (30) enthält, wobei die Steuereinrichtung (10, 36) das Einstellventil in Abhängigkeit vom Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung (5) steuert.

6. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, in dem die Einstellventileinrichtung mehrere Einstellventile (30a, 30b) enthält, die den mehreren Betätigungselementen (2a, 2b) entsprechend zugeordnet sind, wobei die mehreren Einsteilventile stromaufseitig von der Widerstandseinrichtung (8) direkt mit dieser verbunden sind und wobei die Steuereinrichtung (58, 59) in Abhängigkeit von den Eingabebeträgen der Bedienungseinrichtung (50a, 50b) die Einstellventile steuert, die den Betätigungselementen zugeordnet sind, die jeweils im Betrieb von der Bedienungseinrichtung gesteuert werden.

7. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, in dem die Widerstandseinrichtung ein fester Begrenzer (8) ist.

8. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, in dem die Widerstandseinrichtung eine Kombination aus einem festen Begrenzer (40) und einem Überdruckventil (41) ist.

9. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, in dem die Pumpensteuereinrichtung einen Drucksensor (15) für die Erfassung des von der Widerstandseinrichtung (8) erzeugten Steuerdrucks, eine Steuerung (10, 37), die ein Signal vom Drucksensor empfängt, ein kleineres Soll- Verdrängungsvolumen berechnet, wenn der Steuerdruck ansteigt oder ein größeres Soll-Verdrängungsvolumen

eine Steuereinrichtung (10, 36, 31) zum Steuern der Einstellventileinrichtung in der Weise, daß eine Öffnungsfläche der Einstellventileinrichtung groß ist, wenn ein Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung (5) klein ist, wobei die Öffnungsfläche der Einstellventileinrichtung reduziert wird, wenn der Eingabebetrag der Bedienungseinrichtung ansteigt.

2. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, in dem die Einstellventileinrichtung (30) eine Öffnungscharakteristik besitzt, derart, daß die Öffnungsfläche groß ist, wenn ihr Ventilhub klein ist, und die Öffnungsfläche reduziert wird, wenn der Ventilhub ansteigt.

3. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1,. in dem die Bedienungseinrichtung (5) vom elektrischen Typ ist, die in Abhängigkeit von ihrem Eingabebetrag ein elektrisches Steuersignal ausgibt, wobei die Steuereinrichtung eine Steuerung (10, 36) für die Erzeugung eines elektrischen Antriebssignals, das dem elektrischen Steuersignal von der Bedienungseinrichtung entspricht, sowie ein proportionales Solenoidventil (31) enthält, das durch, das elektrische Antriebssignal von der Steuerung angetrieben wird, um einen entsprechenden Vorsteuerdruck zu erzeugen, wobei die Einstellventileinrichtung (30) durch den Vorsteuerdruck vom proportionalen Solenoidventil angetrieben wird, um ihre Öffnungsfläche zu verändern.

4. Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, in dem die Bedienungseinrichtung (50a, 50b) vom hydraulischen Typ ist, die in Abhängigkeit von ihrem Eingabebetrag einen Vorsteuerdruck erzeugt, wobei die Steuereinrichtung ein Rückschlagventil (58, 59, 60) zum Entnehmen des Vorsteuerdrucks enthält, wobei die Einstellventileinrichtung (30) durch den durch das Rückschlagventil entberechnet, wenn der Steuerdruck absinkt, und ein elektrisches Antriebssignal ausgibt, das dem berechneten Soll- Verdrängungsvolumen entspricht, sowie eine Steuereinrichtung (9) enthält, die das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe (1) entsprechend dem elektrischen Antriebssignal steuert.